DE102008047158A1 - Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf Flügelräder zum Kühlen von Fahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf Flügelräder zum Kühlen von Fahrzeugen Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs von einer Motorwelle (3), welche sich um eine Längsachse (X-X) dreht, auf ein Flügelrad (1) zum Kühlen der Kühlflüssigkeit eines Kraftfahrzeuges, umfassend: eine geführte Welle (2) mit bezüglich der Achse (X-X) der Motorwelle paralleler und achsversetzter Längsachse, ein mittels eines Trägers (1a) und eines Lagers (1b) auf der genannten geführten Welle (2) freilaufend montiertes Flügelrad (1); eine Kupplung (400), welche zwischen der geführten Welle (2) und dem Flügelrad (1) zwischengeschaltet ist, und deren gesteuertes Einkuppeln/Auskuppeln dazu geeignet ist, die Drehung des Flügelrads (1) mit verschiedenen Geschwindigkeiten oder einen Freilauf-Zustand des Flügelrads (1) bezüglich der geführten Welle (2) festzulegen; wobei ein erster Übertragungs-Riemen (1111) vorgesehen ist, welcher auf einer mit der Motorwelle (3) verbundenen ersten Riemenscheibe (1110) Ring-geschlossen ist; eine zweite Riemenscheibe (1120), welche auf einer zur Achse (X-X) der Motorwelle parallelen Achse angeordnet ist, einen zweiten Übertragungs-Riemen (1141), welcher auf einer dritten Umlenk-Riemenscheibe (1140) Ring-geschlossen ist, welche vom ersten Riemen (1111) über eine Einrichtung zum Einkuppeln/Auskuppeln (1100; 5100) angetrieben wird, eine vierte Riemenscheibe (1150), welche mit einem Ende der Welle (2) des Flügelrads (1) verbunden ist; eine fünfte Riemenscheibe (2160), welche mittels einer mit der Motorwelle (3) verbundenen Einrichtung zum ...

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf Flügelräder zum Kühlen der Kühlflüssigkeit von Fahrzeugen.
  • In der Technik zum Kühlen von Kühlflüssigkeiten, welche in den Radiatoren von Kraftfahrzeugen vorhanden sind, ist die Notwendigkeit bekannt, Luft durch diesen Radiator zu zwingen, um eine schnellere Dissipation der Wärme von der Flüssigkeit nach außen zu erreichen, wobei der genannte erzwungene Luftstrom dadurch erreicht wird, dass ein Flügelrad in Drehung versetzt wird, welches normalerweise auf der Welle der Wasserpumpe oder auf der Motorwelle, oder auf einer verschobenen und festen Welle montiert ist, welche eine Riemenscheibe trägt, welche von einem Riemen angetrieben wird, welcher von der Motorwelle bewegt wird.
  • Es ist auch bekannt, dass das genannte Flügelrad nur zum Erreichen einer bestimmten, vorher festgelegten Temperatur der Kühlflüssigkeiten in Drehung versetzt wird, welche mittels eines Thermostats ermittelt wird, welcher eine elektromagnetische Kupplung betätigt, deren Schließen das Drehen des Flügelrads hervorruft.
  • Genauer gesagt ist es erforderlich, dass ein Flügelrad für Kraftfahrzeuge sich drehen kann:
    • – mit höherer Geschwindigkeit als derjenigen der Antriebs-Welle, entsprechend höheren Außen-Temperaturen, oder im Einsatz bei ernsten Bedingungen, welche das Überhitzen des Motors kennzeichnen,
    • – mit geringerer Geschwindigkeit als derjenigen der Motorwelle, wenn eine reduzierte Ventilation gefordert ist, beispielsweise zum Kühlen des Einzel-Radiators der Klimaanlage;
    • – mit Geschwindigkeit Null, oder auch durchaus mit nicht rotierendem und in Freilauf-Bedingungen bezüglich der Motorwelle verbleibendem Flügelrad, für Temperaturen, welche insbesondere niedriger als diejenigen sind, welche für weiteres Kühlen unnötig oder geradezu schädlich sind.
  • In dem Versuch, solche Betriebsweisen zu erhalten, sind Kupplungsvorrichtungen von gemischtem Typ mit Kupplungen realisiert worden, welche mittels elektromagnetisch gesteuerter Reibung arbeiten, und Mitzieh-Verbindungsteile, welche auf der Ausnutzung parasitärer Ströme basieren, welche von der Drehung eines leitfähigen Elements in der Nähe von Permanentmagneten erzeugt werden.
  • Solche Vorrichtungen resultieren jedoch in höherem axialen Platzbedarf und komplizierter und kostspieliger Anwendung, und in einigen Lösungen ist nicht die Möglichkeit vorgesehen, eine wenn überhaupt dann langsame Drehung des Flügelrads (Störungssicherheit, "fail safe") im Falle einer Unterbrechung und/oder eines vollständigen Zusammenbruchs der (Strom)versorgung der Steuerschaltkreise der verschiedenen Antriebe aufrecht zu erhalten.
  • Diese Nachteile resultieren noch schlimmer im Falle einer nicht mit der Motorwelle koaxialen Flügelrad-Achse, wie in vielen Fällen gefordert ist, um den axialen Platzbedarf der Gruppe weiter zu reduzieren und/oder die Flügelräder in eine bezüglich der Motorwelle achsversetzte Position zu verlagern.
  • Es besteht daher das technische Problem, eine Vorrichtung zum Übertragen der Dreh-Bewegung auf ein Flügelrad zum Kühlen der Kühlflüssigkeit von Kraftfahrzeugen zu realisieren, welches es zulässt, das Flügelrad sich mit einer Anzahl von verschiedenen Geschwindigkeiten drehen zu lassen, welche sich von derjenigen der Motorwelle unterscheiden, und welche in Abhängigkeit von der effektiven Notwendigkeit, den Motor zu kühlen, bestimmbar sind.
  • Im Bereich dieses Problems resultiert ferner als Vorteil, dass die Vorrichtung dazu geeignet ist, das Flügelrad in Freilaufposition stehen bleiben zu lassen, und ferner eine Sicherheits-Drehung des Flügelrads im Falle einer Fehlfunktion der betreffenden Steuervorrichtungen zu garantieren.
  • Darüber hinaus ist es erforderlich, dass die Vorrichtung in kompakten Ausmaßen resultiert, insbesondere in Axialrichtung, und aus einer reduzierten Anzahl von kostspieligen Teilen gebildet ist, und im Innern des Motorraums leicht einsetzbar ist.
  • Diese technischen Probleme werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf ein Flügelrad zum Kühlen der Kühlflüssigkeit eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Die meisten Details können der folgenden Beschreibung eines nicht begrenzenden Ausführungs-Beispiels der Erfindung entnommen werden, welche mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen angefertigt ist, in welchen gezeigt ist:
  • 1: ein schematischer Axialschnitt einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf das Flügelrad gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2: ein schematischer Axialschnitt einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf das Flügelrad gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2a, 2b: Detail-Vergrößerung der Ausführungsform von 2;
  • 3: ein schematischer Axialschnitt einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf das Flügelrad gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4: ein schematischer Axialschnitt einer vierten Ausführungsform der Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf das Flügelrad gemäß der vorliegenden Erfindung, und
  • 5: ein schematischer Axialschnitt einer fünften Ausführungsform der Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf das Flügelrad gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist das Flügelrad 1 zum Kühlen eines mit dem Gehäuse des Motors 5 schematisch dargestellten Fahrzeugs mit einem Gehäuse 1a verbunden, welches auf einem Lager 1b montiert ist, welches mit dem freien Ende einer Welle 2 verkeilt ist, welche von Lagern 2a eines Träger-Flansches 10a getragen wird, welche mit einem mit dem Gehäuse 5 des Motors verbundenen Gehäuse 10 verbunden sind; die Welle 2 des Flügelrads ist achsversetzt bezüglich der Motorwelle 3 des Fahrzeugs, von welchem es mittels eines Getriebes 1000 angetrieben wird, welches umfasst: eine erste Riemenscheibe 1110, welche mit der Motorwelle 3 verbunden und mit dieser koaxial ist, und mit einem Umkehr-Riemen 1111 mit einer zweiten Riemenscheibe 1120 verbunden ist, welche auf einer parallel zur Achse X-X der Motorwelle angeordneten Achse angeordnet ist, und auf dem Außen-Ring eines Lagers 1131 montiert ist, dessen Innen-Ring mit einem am Gehäuse 5 befestigten Axial-Träger 1133 verkeilt ist.
  • Am gleichen Träger 1133 ist außerdem ein zweites Lager 1135 montiert, welches einen Stutzen 1132 trägt, welcher eine axiale Erstreckung 1132b aufweist, welche sich von dem Gehäuse 10 aus axial auswärts durch kontaktierend durchquerte Dichtungen 1132a hindurch erstreckt; am Ende der Erstreckung des Stutzens, außerhalb des Gehäuses 10, ist eine dritte Umlenk-Riemenscheibe 1140 angeschlossen, welche mittels eines betreffenden Übertragungs-Riemens 1141 mit einer mit der Welle 2 des Flügelrads 1 verbundenen vierten Riemenscheibe 1150 verbunden ist.
  • In dieser Anordnung bildet die zweite, bezüglich des Gehäuses 10 innen liegende Riemenscheibe 1120 den Rotor einer elektromagnetischen Mehrscheiben-Kupplung 1100, welche umfasst: einen am Gehäuse 5 befestigten Elektromagnet 1122 und mehrere Scheiben 1123, welche zwischen dem Rotor selber und einer mit dem Stutzen 1132 verbundenen Platte 1124 zwischengeschaltet sind, bezüglich welcher sie axial verschiebbar sind, so dass auf diese Weise der Anker der Kupplung 1100 gebildet wird.
  • Die dritte Riemenscheibe 1140 ist mittels eines Riemens 1141 mit der genannten Riemenscheibe 1150 verbunden, welche mit der Welle 2 des Flügelrads 1 verbunden ist, und mit einer fünften Riemenscheibe 2160, welche unter Zwischenschalten eines Freilauf-Mechanismus 2000 zur Motorwelle 3 koaxial, und mit dieser verbunden ist.
  • Genauer gesagt umfasst der genannte Freilauf-Mechanismus 2000:
    • – einen mit der Motorwelle und immer in Drehung befindlichen Außen-Ring 2120, welcher an einem Lager 2121 und an einem auf einer geführten Welle 2002 verkeilten Nadellager 2123 montiert ist, welche ihrerseits von der starren Struktur 10 getragen wird, über welche er, im Kontakt zu Dichtungen 2002a, axial vorsteht; wobei das äußere freie Ende der geführten Welle 2002 die genannte fünfte Riemenscheibe 2160 trägt; wobei zwischen dem Außen-Ring 2120 und der geführten Welle 2002 ein Freilauf 2122 zwischengeschaltet ist, derart, dass die Drehung der geführten Welle 2002 die Riemenscheibe 2160 antreibt, bis sie nicht mehr schneller ist als die Kupplung der Einrichtung 1100 und aufhört, einen Beitrag zur Drehung dieser Riemenscheibe zu leisten.
    • – Die Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs auf das Flügelrad 1 umfasst im Wesentlichen:
    • – eine Kupplung 400 vom elektromagnetischen Typ mittels Doppel-Anker, deren Einkuppeln/Auskuppeln die Übertragung der Dreh-Bewegung auf das Flügelrad 1 oder einen Freilauf-Zustand derselben bezüglich der Welle 2 bestimmt;
    • – ein mittels parasitärer Ströme arbeitendes oder gemäß des Foucault-Typs ausgebildetes Verbindungsteil 500, welches mit einem der beiden Anker der Kupplung 400 verbunden ist, und welches dazu geeignet ist, auf das Flügelrad eine Drehung von verminderter Geschwindigkeit zu übertragen.
  • Genauer gesagt ist:
    die genannte elektromagnetische Kupplung 400 koaxial zur Welle 2 des Flügelrads und der Riemenscheibe 150 nachgeordnet zum Antrieb der Welle 2 selber angeordnet, und umfasst:
    einen axial an der Welle 2 befestigten und in Drehung mit dieser verbundenen Rotor 410;
    ein Paar von Elektromagneten 421 und 422 von untereinander verschiedener Stärke, welche konzentrisch und an dem mit der Struktur 5 des Motors verbundenen Gehäuse 10 befestigt sind;
    ein korrespondierendes Paar von Ankern 431 und 432, welche konzentrisch sind, und dem betreffenden Elektromagnet 421,422 gegenüberliegend angeordnet sind;
    wobei der radial stärker außen liegende Anker 431 mit einem Ende eines betreffenden elastischen Elements 431a verbunden ist, dessen anderes Ende mit dem Flügelrad 1 verbunden ist, und dazu geeignet ist, ein axiales Verschieben des Ankers, aber keine Relativ-Drehung bezüglich des Flügelrads zuzulassen;
    wobei der radial weiter innen liegende Anker 432 andererseits mittels eines Reibungs-Rings 515 mit einer Scheibe 510 verbunden ist, welche auf ei fern Lager 2d freilaufend ist, und eine Mehrzahl von Permanentmagneten 511 trägt, welche einem Ring aus leitfähigem Material 512 gegenüberliegen, welcher mit dem das Flügelrad 1 tragenden Gehäuse 1a verbunden ist;
    wobei der radial weiter innen liegende Anker 432 eine radiale, innen liegende Zahnung 432a aufweist, welche dazu geeignet ist, in eine korrespondierende Zahnung 4a einer mit der Welle 2 verbundenen Buchse 4 einzugreifen, mit welcher sie sich mitdreht; wobei ferner zwischen dem Anker 432 und dem Rotor 410 zumindest eine Tellerfeder 433 axial zwischengeschaltet ist, welche dazu geeignet ist, den Anker 432 gegen die Scheibe 510 gedrückt zu halten, welche kleine Magnete trägt, welche aufgrund von Reibung mit dem Anker mitgedreht werden, wobei sie parasitäre Ströme erzeugen, welche aufgrund von Gegeneinander-Gleiten in Drehung den Anker 1 mit einer reduzierten Geschwindigkeit mitziehen.
  • Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, die verschiedenen und geforderten Drehgeschwindigkeiten des Flügelrads 1 zu erreichen, und insbesondere:
  • I. FREILAUF-GESCHWINDIGKEIT/GANG
    • – der Elektromagnet 1122 ist erregungsfrei und die Mehrscheiben-Kupplung 1100 ist offen;
    • – die Riemenscheibe 1150 des Flügelrads wird von der Riemenscheibe 2160 des Freilauf-Mechanismus 2000 angetrieben;
    • – die Doppel-Anker-Kupplung 400 wird alternativ wie oben beschrieben aktiviert, um das Flügelrad oder mit im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit die Motorwelle 3, über den weiter außen liegenden Anker 431, oder mit reduzierter Geschwindigkeit, über das Verbindungsteil 500 auf Basis parasitärer Ströme drehen zu lassen.
  • II. GESCHWINDIGKEIT/GANG
    • – Elektromagnet 1122 erregt und Mehrscheiben-Kupplung 1100 geschlossen,
    • – Kupplung 400 nur mit dem am weitesten innen liegenden Elektromagnet erregt; in diesem Fall wird das Flügelrad 1 von dem Getriebe betätigt, welches umfasst: die Riemenscheiben 1110 und 1120, den Rotor 1133 der Kupplung 1100, den Anker 1124, welcher mit der Umlenk-Riemenscheibe 1140 verbunden ist, den Übertragungs-Riemen 1141 und die Riemenscheibe 1150, welche mit dem Träger 1a des Flügelrads 1 verbunden ist, welches sich mit einer Dreh-Geschwindigkeit bewegt, welche von den Übertragungs-Verhältnissen der kinematischen Kette festgelegt wird, welche vorzugsweise derart dimensioniert ist, dass sie zulässt, dass eine dritte Dreh-Geschwindigkeit des Flügelrads erreicht wird, welche größer ist als diejenige der Motorwelle 3.
  • Ist die Dreh-Geschwindigkeit der Riemenscheibe des Flügelrads 1150 größer als diejenige der Drehung der Freilauf-Einrichtung, dreht sich letztere, ohne einen Beitrag zur Drehung des Flügelrads zu leisten.
  • III. REDUZIERTE GESCHWINDIGKEIT
  • Wenn eine reduzierte Kühl-Geschwindigkeit gefragt ist, wie beispielsweise zum Kühlen des einzelnen Radiators der Klimaanlage:
    • – wird die Mehrscheiben-Kupplung 1100 geschlossen gehalten;
    • – wird die Kupplung 400 angesteuert, indem entweder der am weitesten außen liegende Elektromagnet 421 oder der am weitesten innen liegende Elektromagnet 422 erregungsfrei geschaltet wird, um durch die Wirkung der Teller-Federn 433 den weiter innen liegende Anker 433 gegen den Reibungs-Ring 515 gedrückt zu halten;
    in diesen Anordnungen wird das Flügelrad 1 vom Foucault-Verbindungsteil 500 betätigt, welches aufgrund des Gegeneinander-Gleitens zwischen Motor-Scheibe 510 und geführter Scheibe 512 eine Reduktion der Dreh-Geschwindigkeit des Flügelrads bezüglich der Geschwindigkeit des ersten Zahnradgetriebes 120 bestimmt;
  • LEERLAUF
  • Wenn keinerlei Drehung des Flügelrads 1 gewünscht wird, ist es auch möglich, einen Freilauf-Zustand desselben zu erreichen; in diesem Fall wird vorgesehen:
    • – Elektromagnet 1122 nicht-erregt und Mehrscheiben-Kupplung 1100 geöffnet:
    • – Kupplung 400 mit Elektromagnet 421 nicht-erregt und Elektromagnet 431 erregt, derart dass der weiter innen liegende Anker 432 freigegeben wird um die Scheibe 510 vom Reibungs-Ring 515 zu lösen und das Öffnen des Foucault-Verbindungsstücks anzusteuern, welches nicht mehr dazu in der Lage ist, die Drehung auf das Flügelrad 1 zu übertragen, welches im Freilauf stehen bleibt.
  • STÖRUNGSSICHERHEIT ("FAIL SAFE")
  • Durch das Foucault-Verbindungsteil 500 ist es ferner möglich, eine Sicherheits-Funktionsweise zu erreichen, welche als Störungssicherheit ("fail safe") bezeichnet wird, derart, dass eine Drehung des Flügelrads auch im Falle von Beschädigungen der Steuervorrichtung garantiert wird.
  • Wenn hierzu eine Beschädigung der Stromversorgung der Elektromagnete 1122, 421, 422 angenommen wird, wird die Steuerung bei Drehung des Flügelrads 1 mittels der Freilauf-Einrichtung 2000 und des Andrucks der Federn 433 auf den weiter innen liegenden Anker 432 bestimmt, welcher mit der mit der Welle 2 verbundenen Buchse 4 im Eingriff ist, und mittels des Reibungs-Rings 515, an der Scheibe 510 des Foucault-Verbindungsstücks angreift, welche schließlich eine reduzierte Geschwindigkeit auf das Flügelrad 1 überträgt.
  • Gemäß einer anderen, vereinfachten Ausführungsform wird ferner vorgesehen, dass die Kupplung 400 auch vom Typ eines Einzel-Ankers sein kann; in welchem Fall es sich ergibt, dass das Foucault-Verbindungsstück überflüssig wäre, wobei die Vorrichtung dazu in der Lage wäre, eine Geschwindigkeit zu übertragen, welche derjenigen der Motorwelle 3 gleicht.
  • Wie in 2, 2a und 2b gezeigt ist, ist vorgesehen, dass anstelle des Freilauf-Mechanismus 2000 eine Zahn-Kupplung 3000 mit Synchronisier-Vorrichtung vorgesehen wird, welche im Wesentlichen umfasst:
    • – eine starre Trage-Struktur, umfassend: einen Zapfen 3002, welcher auf einem Lager 3003 montiert ist, welches mit einer Scheibe 3002b verkeilt ist, welche mit dem starren Gehäuse 10 verbunden ist; wobei mit der Trage-Struktur ferner ein ringförmiger Elektromagnet 3111 starr verbunden ist;
    • – ein Antriebs-Teil, welches von einem ringförmigen Flansch 3101 gebildet wird, welcher auf einem Lager 3013 montiert ist, welches an dem Zapfen 3002 verkeilt ist. Der genannte ringförmige Flansch weist eine Stirn-Zahnung 3101b auf, welche sich in Axialrichtung erstreckt;
    • – ein geführtes Teil, welches umfasst: – einen ringförmigen Flansch 3112, welcher mit dem Zapfen 3002 verbunden ist, und mit einer longitudinalen Erstreckung 3112a in versehen ist, welche bezüglich des Gehäuses 10 entsprechend Dicht-Elementen 3002a beabstandet ist, welche den Elektromagnet 3111 umgibt und eine radial außen liegende Zahnung aufweist, welche zu Verkuppelung mit dem Zahn-Riemen 1141 geeignet ist; – einen Anker 3114, welcher mit dem geführten Flansch 3112 mittels Zwischenschaltens einer elastischen Membran 3114a verbunden ist, welche dazu geeignet ist, eine Bewegung in Axialrichtung des Ankers 3114, aber nicht die Relativ-Drehung desselben zuzulassen; wobei der Anker 3114 ferner eine Stirn-Zahnung 3114b aufweist, welche sich in Longitudinal-Richtung erstreckt, und der Zahnung 3101b des Antriebs-Flanschs 3101 entgegengesetzt ist.
  • Genauer gesagt: in einer solchen Ausführungsform:
    • – trägt der geführte Flansch 3112 den Anker 3114 mit der Motorwelle 3 zugewandeter Zahnung 3114b; wobei zwischen dem Flansch 3112 und dem Anker 3114 eine erste Reihe von Federn 3118 zwischengeschaltet ist, welche in Reaktion auf den geführten Flansch 3112 den Anker 3114 gegen den mit der Motorwelle 3 verbundenen und mit Stirn-Zahnung 3101b versehenen Flansch 3101 drücken, welcher sich in Axialrichtung erstreckt, und der Zahnung des Ankers entgegengesetzt ist;
    • – ist zwischen den Anker 3114 und den Antriebs-Flansch 3101 eine Synchronisier-Scheibe 3115 zwischengeschaltet, welche einen Ring 3115a aus Reibungs-Material trägt, welcher dem Antriebs-Flansch zugewandt und in Drehung mit Anker 3114 mittels Stiften 3116 verbunden ist, welche die Scheibe am Drehen hindern, wobei der Scheibe selber allerdings ermöglicht wird, sich in Axialrichtung bezüglich des Ankers zu verschieben;
    • – ist zwischen dem geführten Flansch 3112 und der Synchronisier-Scheibe 3115 eine zweite Reihe von Federn 3117 zwischengeschaltet, welche in Reaktion auf den geführten Flansch 3112 die Synchronisier-Scheibe gegen den Antriebs-Flansch 3101 drücken.
  • Mit dieser zweiten Anordnung ist die Funktionsweise der Kupplung wie folgt:
  • ERSTE(R) GESCHWINDIGKEIT/GANG
  • Der Elektromagnet 3111 wird erregt (2a), die Synchronisier-Scheibe 3115 wird gegen den Anker 3114 zurückgenommen, welcher seinerseits von der vorgegebenen Rückzug-Kraft des Elektromagnet 3111 gegen den geführten Flansch 3112 zurückgehalten wird, so dass die gegenseitigen stirnseitigen Verzahnungen 3101b und 3114b folglich axial getrennt werden, und das geführte Teil 3112 in Freilauf bleibt; der Antrieb des Flügelrads wird daher von der Riemenscheiben-Kette 1110, 1120, 1140, 1150 unter Schließen der Mehrfach-Kupplung 1100 und mit dem vorbestimmten Multiplikations-Verhältnis übertragen.
  • ZWEITE(R) GESCHWINDIGKEIT/GANG
  • Die Mehrscheiben-Kupplung 1100 wird geöffnet, der Elektromagnet 3111 wird erregungsfrei geschaltet, so dass die Kraft der ersten Federn 3118 nicht mehr ausbalanciert ist, welche die Synchronisier-Scheibe 3115 (2) gegen den Antriebs-Flansch 3101 drücken, und sich mit diesem mittels der durch den Reibungs-Ring 3115a festgelegten Bindung zu drehen beginnen, wodurch der Anker 3114 mit der gleichen Geschwindigkeit des Antriebs-Flanschs 3101 in Drehung versetzt wird;
    • – nach einem gewissen Zeitraum wird auch der Anker 3114 (2b) in Axialrichtung von den zweiten Federn 3117 gegen den Antriebs-Flansch 3101 gedrückt, wobei die jeweiligen Stirnzahnungen 3114b mit der Stirn-Zahnung 3101b des Antriebs-Flanschs selber eingekuppelt werden.
  • In diesem Modus wird im Augenblick des stirnseitigen Kuppelns der Verzahnung die Relativ-Geschwindigkeit von der Synchronisier-Scheibe 3115 auf Null gebracht, und das axiale Kuppeln der beiden Verzahnungen erfolgt stoßfrei.
  • LEERLAUF
  • Auch in dieser Anordnung ist es möglich, das Flügelrad in Freilauf zu halten, indem die Mehrscheiben-Kupplung 1100 und die Zahn-Kupplung 3000 geöffnet werden, so dass die Riemenscheibe 1150 des Flügelrads nicht angetrieben wird, so dass das Flügelrad selber in freilaufendem Zustand verbleibt.
  • Es sei auch festgestellt, dass die beschriebene zweite Ausführungsform dazu geeignet ist, eine Funktion vom Typ Störungssicherheit ("fail safe") anzusteuern, bei welcher im Falle eines Stromausfalls die beiden Reihen von Federn, welche die gegenseitige Verkupplung zwischen den beiden korrespondierenden Verzahnungen des Ankers und des Antriebs-Flansches bestimmen; wenn eine abweichende Andruck-Kraft zwischen den ersten Federn 3118, welche auf die Synchronisier-Scheibe 3115 einwirken, und den zweiten Federn 3117, welche auf den Anker 3114 einwirken, vorgesehen ist, wird einfach das Angreifen der Synchronisier-Scheibe vor dem Verkuppeln der Zahnungen festgelegt, wodurch außerdem Verkuppelungen mit von Null abweichender Relativ-Geschwindigkeit verhindert werden, welche Beschädigungen verursachen könnten, wobei aber die Übertragung des Antriebs auf das Flügelrad 1 sichergestellt ist.
  • Wie in 3 gezeigt, wird eine weitere Ausführungsform vorgesehen, welche eine Freilauf-Einrichtung 4000 und eine An/Aus-Kupplung 5100 umfasst, welche im Innern des Gehäuses 10 angeordnet sind und beide trocken arbeiten.
  • Genauer gesagt umfasst der genannte Freilauf-Mechanismus 4000, welcher dem bereits mit Bezug auf 1 beschriebenen ähnlich ist:
    • – einen ersten Außen-Ring 4120, welcher nur in Drehung mit der Motorwelle 3 verbundenen ist und auf einem Paar von Lagern 4123 montiert ist, welche an einer geführten Welle 4002 verkeilt sind, welche ihrerseits von der starren Struktur 10 über ein drittes Lager 4125 getragen wird; wobei die geführte Welle 4002 weist einen ringförmigen Flansch 4141 aufweist, an welchem die fünfte Riemenscheibe 4160 angeschlossen ist; zwischen dem Außen-Ring 4120 und der geführten Welle 4002 ist ein Freilauf 4122 zwischengeschaltet, so dass bis zu einer bestimmten Dreh-Geschwindigkeit die geführte Welle 4002 die Riemenscheibe 4160 antreibt, wohingegen außerhalb der genannten Geschwindigkeit die Einrichtung keinen Beitrag zur Drehung dieser Riemenscheibe leistet.
  • Auf der Motorwelle 3 ist auch in diesem Fall die Riemenscheibe 1110 montiert, welche mittels des Riemens 1111 Antrieb auf eine zweite Riemenscheibe 5120 überträgt, welche den Rotor der elektromagnetischen Kupplung vom Typ AN/AUS 5000 bildet, mittels dessen Antrieb auf die Riemenscheibe 1140 übertragen wird, welche über den Riemen 1141, die Riemenscheibe 1150 der Welle 2 in Drehung versetzt.
  • Die elektromagnetische Kupplung 5100 umfasst im Wesentlichen:
    • – einen am Gehäuse 5 befestigten Elektromagnet 5122,
    • – den genannten Rotor 5120, welcher auf ein Lager 5131 montiert ist, welches mit dem Träger 5133 verkeilt ist, und
    • – Anker 5124, welcher mit der Riemenscheibe 1140 mittels eines Endes eines betreffenden elastischen Elements 5124a verbunden ist, dessen anderes Ende mit der Riemenscheibe 1140 verbunden ist, und dazu geeignet ist, ein axiales Verschieben des Ankers, aber nicht die Relativ-Drehung bezüglich der Riemenscheibe zuzulassen.
  • Die Funktionsweise der Vorrichtung ist analog zu der bereits mit Bezug auf 1 beschriebenen, auch wenn in diesem Fall die gesamte Gruppe zum Übertragen des Antriebs von der Motorwelle 3 auf die Riemenscheibe 5160 der geführten Welle 2 des Flügelrads sich innerhalb des Gehäuses 10 befindet, und sich im Trockenen oder in Öl befindet.
  • Wie in 4 gezeigt, wird auch die Lösung vorgesehen, dass die Zahn-Kupplung 3000 und die AN/AUS-Kupplung 5100 im Innern des Gehäuses 10 angeordnet, und trocken gehalten werden.
  • Auch in diesem Fall ist die Funktionsweise analog zu den bereits mit Bezug auf 2 und 3 beschriebenen.
  • In 5 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, gemäß welcher vorgesehen ist, dass der Freilauf-Mechanismus 6000 zwischen den Mitteln 6003 zur Absorption von Schwingungen (als Dämpfer bezeichnet) der Motorwelle 3 und einem an dem das Getriebe enthaltenden Gehäuse 10 befestigten Träger 6010 zwischengeschaltet ist.
  • In solcher Anordnung umfasst der Freilauf-Mechanismus einen immer in Drehung befindlichen ersten Außen-Ring 6120, welcher auf den Lagern 6123 montiert ist, welche auf einer geführten Welle 6002 verkeilt sind, welche ihrerseits von einem zweiten Lager 6125a und von einem Nadellager 6125b getragen ist, welche auf einen mit der starren Struktur 10 (in der Figur nicht gezeigt) verbundenen Träger 6010 montiert sind.
  • Mit der geführten Welle 6002 ist die Riemenscheibe 6160 verbunden, auf welcher der Riemen 1141 angeordnet ist.
  • Zwischen dem Außen-Ring 6120 und der geführten Welle 6002 ist ein Freilauf 6122 zwischengeschaltet, dessen Funktionsweise analog der bereits mit Bezug auf die 1 und 3 beschriebenen ist.
  • In diesem Fall entlastet sich der Zug des Riemens 1141 direkt auf der starren Struktur, wodurch es ermöglicht wird, die Abmessungen des Lagers 6125 entsprechend der zugelassenen Belastung zu reduzieren.
  • Daher resultiert, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung es erlaubt, in Drehung eine Betätigung des Flügelrads mit drei verschiedenen Geschwindigkeiten zu erreichen, von welchen eine in Funktion vom Typ Störungssicherheit ("fail safe") ist, wobei ferner ein Leerlauf-Zustand ermöglicht wird, gemäß welchem das Flügelrad nicht angetrieben wird.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es ferner, den axialen Platzbedarf der Gruppe zu begrenzen, wie in allen jenen Anwendungen gefordert wird, in welchen die longitudinalen Ausdehnungen des Motorraums dies erfordern, insbesondere, wenn der Achsversatz der Welle vom Flügelrad bezüglich der Motorwelle gefordert ist, wodurch es nicht möglich ist, eine direkte Übertragung von der zweiteren auf die erstere zu erreichen.
  • Schließlich wird ein Merkmal der vorliegenden Erfindung von der Anwesenheit zweier einzelner Übertragungs-Riemen – trocken oder in Öl- zum Übertragen des Antriebs mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten von der Welle auf das Flügelrad gebildet.

Claims (30)

  1. Vorrichtung zum Übertragen des Antriebs von einer sich um eine Längsachse (X-X) drehenden Motorwelle (3) auf ein Flügelrad (1) zum Kühlen der Kühlflüssigkeit eines Kraftfahrzeuges, umfassend: – eine geführte Welle (2) mit parallel und bezüglich der Achse (X-X) der Motorwelle achsversetzt angeordneter Längsachse, – ein mittels eines Trägers (1a) und eines Lagers (1b) auf der genannten geführten Welle (2) freilaufend montiertes Flügelrad (1); – eine Kupplung (400), welche zwischen der geführten Welle (2) und dem Flügelrad (1) zwischengeschaltet ist, und deren gesteuertes Einkuppeln/Auskuppeln dazu geeignet ist, die Drehung des Flügelrads (1) mit verschiedenen Geschwindigkeiten oder einen Freilauf-Zustand des Flügelrads (1) bezüglich der geführten Welle (2) festzulegen; dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – einen zu einem Ring geschlossenen ersten Übertragungs-Riemen (1111) auf – einer mit der Motorwelle (3) verbundenen ersten Riemenscheibe (1110); – einer auf einer zur Achse (X-X) des Motorwelle parallelen Achse angeordneten zweiten Riemenscheibe (1120), – einen zu einem Ring geschlossenen zweiten Übertragungs-Riemen (1141) auf: – einer dritten Umlenk-Riemenscheibe (1140), welche vom ersten Riemen (1111) durch eine Einrichtung zum Einkuppeln/Auskuppeln (1100; 5100) angetrieben wird, – einer mit einem Ende der Welle (2) des Flügelrads (1) verbundene vierten Riemenscheibe (1150); – einer mittels einer mit der Motorwelle (3) verbundenen Einrichtung zum Einkuppeln/Auskuppeln (2000; 3000) angetriebenen fünften Riemenscheibe (2160).
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Riemenscheibe (1110) zur Motorwelle (3) koaxial ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Übertragungseinrichtung (1100) teilweise im Innern eines abgedichteten Gehäuses (10) angeordnet ist, welche am Gehäuse (5) des Motors fixiert ist.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte geführte Welle (2) des Flügelrads von dem genannten, die Übertragungseinrichtung (1100) enthaltenden Gehäuse (10) mittels eines Flansches (10a) und eines Gegenlagers (2a) getragen wird.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Innern des Gehäuses (10) enthaltene genannte Übertragungsteil (1100) in Anwesenheit von Öl arbeitet.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Riemenscheibe (1110) unmittelbar auf Mitteln (6003) zur Absorption der Vibrationen dieser Welle angeordnet ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Riemenscheibe (1120; 5120) auf einem Lager (1131; 5131) montiert ist, welches auf einem am Gehäuse (5) des Motors befestigten und entlang einer longitudinalen, zur Dreh-Achse (X-X) der Motorwelle parallelen Richtung erstreckten Zapfen (1133; 5133) verkeilt ist.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte dritte Riemenscheibe (1140) mit dem freien Ende eines Stutzens (1132) verbunden ist, welcher auf einem Lager (1135) montiert ist, welches auf einem am Gehäuse (5) des Motors befestigten Zapfen (1133) verkeilt ist.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Riemenscheibe (1120) den Rotor einer zwischen der zweiten (1120) und der dritten (1140) Umlenk-Riemenscheibe zwischengeschalteten elektromagnetischen Kupplung (1100; 5100) bildet.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte elektromagnetische Kupplung einen Anker (1124; 5124) umfasst, welcher mit dem die dritte Riemenscheibe (1140) tragenden Stutzen (1132) verbunden ist, und bezüglich desselben in der Axial-Richtung translatorisch bewegbar ist.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte elektromagnetische Kupplung (1100) mittels Mehrfach-Scheiben (1123) arbeitet.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung, welche zwischen der Motorwelle (3) und der genannten fünften Riemenscheibe zwischengeschaltet ist, eine Freilauf-Einrichtung (2000; 4000) ist.
  13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Freilauf-Mechanismus (2000) einen Außen-Ring (2120) umfasst, welcher mit der Motorwelle (3) verbunden ist, und auf einem Lager (2121) und auf einem Nadellager (2123) montiert ist, welche auf einer geführten Welle (2002) verkeilt sind, welche ihrerseits von der starren Struktur (10) getragen wird, und wobei am äußerem freien Ende der geführten Welle (2002) die genannte fünfte Riemenscheibe (2160) befestigt ist, wobei zwischen dem Außen-Ring (2120) und der geführten Welle (2002) ein Freilauf (2122) zwischengeschaltet ist.
  14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Freilauf-Mechanismus (4000) umfasst: einen ersten Außen-Ring (4120), welcher mit der Motorwelle (3) nur bei Drehung verbunden ist, und auf einem Paar von Lagern (4123) montiert ist, welche an einer geführten Welle (4002) verkeilt sind, welche ihrerseits von der starren Struktur (10) über ein drittes Lager (4125) getragen wird; wobei die geführte Welle (4002) einen ringförmigen Flansch (4141) aufweist, an welchem die fünfte Riemenscheibe (4160) angeschlossen ist; wobei zwischen dem Außen-Ring (4120) und der geführten Welle (4002) ein Freilauf (4122) zwischengeschaltet ist.
  15. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Freilauf-Mechanismus (6000) umfasst: einen immer rotierenden ersten Außen-Ring (6120), welcher auf einem Lager (6123) montiert ist, welches auf einer geführten Welle (6002) verkeilt ist, welche ihrerseits von einem zweiten Lager (6125a) und von einem Nadellager (6125b) getragen wird, welche an einem mit der starren Struktur (10) verbundenen Träger (6010) montiert sind, wobei die geführte Welle (6002) mit der genannten fünfte Riemenscheibe (6160) verbunden ist, auf welcher der Riemen (1141) montiert ist, wobei zwischen dem Außen-Ring (6120) und der geführten Welle (6002) ein Freilauf (6122) zwischengeschaltet ist.
  16. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Motorwelle (3) und der genannten fünften Riemenscheibe zwischengeschaltete genannte Einrichtung eine Zahn-Kupplungs-Einrichtung (3000) ist.
  17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kupplungs-Einrichtung (3000) umfasst: – eine starre Trage-Struktur, umfassend: einen Zapfen (3002), welcher an einem Lager (3013) montiert ist, welches an einer Scheibe (3002b) verkeilt ist, welche mit dem starren Gehäuse (10) verbunden ist; einen an der Trage-Struktur befestigten ringförmigen Elektromagnet (3111); – ein Antriebs-Teil, welches von einem ringförmigen Flansch (3101) gebildet wird, welcher auf einem auf dem Zapfen (3002) verkeilten Lager (3013) montiert ist; wobei der genannte ringförmige Flansch eine Stirn-Zahnung (3101b) aufweist, welche in Axialrichtung erstreckt ist; – ein geführtes Teil, welches umfasst: – einen ringförmigen Flansch (3112), welcher mit dem Zapfen (3002) verbunden ist, und mit einer longitudinalen Erstreckung (3112a) versehen ist, und welcher eine radial außen liegende Zahnung aufweist, welche zur Verkuppelung mit dem Zahnriemen (1141) geeignet ist; – einen Anker (3114), welcher mit dem geführten Flansch (3112), mittels Zwischenschaltens einer elastischen Membran (3114a) verbunden ist, wobei der genannte Anker (3114) eine sich in Längsrichtung erstreckende, und zur Zahnung (3101b) des Antriebs-Flansches (3101) gegenüberliegende Stirn-Zahnung (3114b) aufweist.
  18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte geführte Flansch (3112) den Anker (3114) mit der Motorwelle (3) zugewandter Zahnung (3114b) trägt.
  19. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flansch (3112) und dem Anker (3114) eine erste Reihe von Federn (3118) zwischengeschaltet ist, welche, auf den geführten Flansch (3112) reagierend, den Anker (3114) gegen den mit der Motorwelle (3) verbundenen Flansch (3101) drückt.
  20. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (3114) und dem Antriebs-Flansch (3101) eine Synchronisier-Scheibe (3115) zwischengeschaltet ist, welche einen Ring (3115a) aus Reibungs-Material trägt, welcher dem Antriebs-Flansch zugewandt und in Drehung mit dem Anker (3114) mittels Stiften (3116) verbunden ist, welche die Scheibe während der Drehung mit ihm verbinden, womit der Scheibe selber ermöglicht wird, sich in Axialrichtung bezüglich des Ankers zu verschieben; wobei zwischen dem geführten Flansch (3112) und der Synchronisier-Scheibe (3115) eine zweite Reihe von Federn (3117) zwischengeschaltet ist, welche in Reaktion auf den geführten Flansch (3112) die Synchronisier-Scheibe gegen die Antriebs-Flansch (3101) drücken.
  21. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kupplung (400) der mit dem Träger (1a) des Flügelrads (1) verbundenen Riemenscheibe (1150) vorgelagert angeordnet ist.
  22. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Foucault-Verbindungsstück umfasst.
  23. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kupplung (400) von elektromagnetischem Typ ist.
  24. Vorrichtung gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte elektromagnetische Kupplung (400) umfasst: einen axial starren, und in Drehung mit der Welle (2) verbundenen Rotor (410); ein Paar von Elektromagneten (421) und (422) von untereinander unterschiedlicher Stärke, welche konzentrisch und an dem mit der Struktur (5) des Motors verbundenen Gehäuse (10) fixiert sind; ein korrespondierendes Paar von Ankern (431, 432), welche konzentrisch sind, und dem betreffenden Elektromagnet (421, 422) gegenüberliegend angeordnet sind.
  25. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der radial weiter außen liegende Anker (431) mit einem Ende eines betreffenden elastischen Elements (431a) verbunden ist, dessen anderes Ende mit dem Flügelrad (1) verbunden ist, und dazu geeignet ist, ein axiales Verschieben des Ankers, aber nicht die Relativ-Drehung bezüglich des Flügelrads zu ermöglichen.
  26. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der radial weiter innen liegende Anker (432) mit einem Reibungs-Ring (515) verbunden ist, welcher zum Verkuppeln mit dem genannten Foucault-Verbindungsstück (500) geeignet ist.
  27. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der radial weiter innen liegende Anker (432) eine radiale Zahnung (432a) aufweist, welche dazu geeignet ist, in eine korrespondierende Zahnung (4a) einer Buchse (4) einzugreifen, welche mit der Welle (2) verbunden ist, mit welcher sie sich mitdreht.
  28. Vorrichtung gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (432) und dem Rotor (431) eine Tellerfeder (433) axial zwischengeschaltet ist, welche dazu geeignet ist, den Anker (432) in Verbindung mit der Zahnung (4a) der Buchse (4) zu halten.
  29. Vorrichtung gemäß Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Foucault-Verbindungsstück (500) umfasst: eine Scheibe (510), welche auf einem auf der Welle (2) verkeilten Lager (2d) freilaufend ist, und welche eine Mehrzahl von Permanentmagneten (511) trägt, welche einem Ring aus leitfähi gem Material (512) gegenüberliegen, welcher mit dem das Flügelrad (1) tragenden Träger (1a) verbunden ist.
  30. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine weitere Riemenscheibe (160) umfasst, welche mit der Umlenk-Riemenscheibe (140) verbunden ist, und welche dazu geeignet ist, eine Kraftaufnahme für Hilfs-Vorrichtungen des Fahrzeugs zu bilden.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011013305A1 (de) * 2011-03-07 2012-09-13 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Riemenantriebanordnung für Nebenaggregate eines Kraftfahrzeugs, Motoranordnung mit einer Riementriebanordnung und Kraftfahrzeug
EP2599976A1 (de) * 2011-12-02 2013-06-05 Baruffaldi S.p.A. Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung von Gebläsen zum Kühlen von Motoren mit Stillstand des Gebläses im Leerlaufzustand dafür
WO2016004758A1 (zh) * 2014-07-09 2016-01-14 昆山隆中麦士格瑞汽车部件有限公司 一种可调速电磁风扇离合器

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